KR101399462B1 - Device and Module for Nano Filtering, and the Method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나노입자 정제 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 첨가제를 이용해 나노입자를 응집/침전시켜 연속적으로 나노입자를 분리해내는 나노입자 정제 장치에 관한 것이다. 나노입자 정제 장치는 마이크로 채널을 이용한 나노입자 정제 장치에 있어서, 상부유로의 일단으로부터 불순물과 나노입자가 섞인 제1분산액 및 첨가제가 유입되고, 하부유로의 일단으로부터 제1분산용매가 유입되는 유입부, 상기 상부유로에서 상기 제1분산액과 상기 첨가제의 반응으로 나노입자가 응집되어 침전되고, 침전된 상기 나노입자가 상기 하부유로에서 상기 제1분산용매와 혼합되는 필터링부 및, 상기 상부유로 및 하부유로의 타단에 배치되어 상기 불순물이 섞인 제2분산용매 및 상기 나노입자가 혼합된 제2분산액이 배출되는 배출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a nanoparticle refining apparatus, and more particularly, to a nanoparticle refining apparatus for separating nanoparticles continuously by agglomerating / precipitating nanoparticles using an additive. In the nanoparticle refining apparatus, a first dispersion liquid and an additive mixed with impurities and nanoparticles are introduced from one end of an upper flow path, and the first dispersion solvent and the additive are introduced from one end of the upper flow path, A filtering section in which the nanoparticles are aggregated and precipitated by the reaction of the first dispersion liquid and the additive in the upper flow path and the precipitated nanoparticles are mixed with the first dispersion solvent in the lower flow path, And a discharging portion disposed at the other end of the flow path to discharge the second dispersion liquid in which the impurities are mixed and the second dispersion in which the nanoparticles are mixed.
Description
본 발명은 나노입자 정제 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 첨가제를 이용해 나노입자를 응집/침전시켜 연속적으로 나노입자를 분리해내는 나노입자 정제 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a nanoparticle refining apparatus, and more particularly, to a nanoparticle refining apparatus for separating nanoparticles continuously by agglomerating / precipitating nanoparticles using an additive.
나노 기술은 원자나 분자 정도의 작은 크기 단위에서 물질을 합성하고, 조립, 제어하며, 그 성질을 측정, 규명하는 기술로서, 일반적으로 크기가 1 내지 100나노미터 범위인 재료나 대상에 대한 나노기술을 말한다. Nanotechnology is a technology for synthesizing, assembling, controlling, and measuring the properties of materials in small size units such as atoms or molecules. Generally, nanotechnology is a technology for nanotechnology .
이러한, 나노 기술은 나노입자의 크기로 인한 독특한 광학적/화학적 특성이 있으며, 기계적/전기적 성질에 있어서도 우수한 성질이 있어 다양한 분야에 응용되고 있다. 특히, 나노 기술은 전자, 통신분야와 재료/제조 분야, 의료분야, 생명공학분야, 환경/에너지 분야 및, 항공분야에 이르기까지 다양한 분야에 적용되고 있다.Such nanotechnology has unique optical / chemical properties due to the size of nanoparticles, and has excellent properties in terms of mechanical / electrical properties and has been applied to various fields. In particular, nanotechnology has been applied to a wide range of fields, from electronics to telecommunications to materials / manufacturing, medical, biotechnology, environmental / energy and aviation.
나노입자를 합성하게 되면 다양한 불순물들이 잔존하고 있어 이를 제거하여 나노입자의 순도를 높이는 정제 과정을 반드시 거쳐야 한다. 종래에는 투석(dialysis), 초미세여과(ultra-filtration) 등의 기술이 있으나, 이러한 기술은 값비싼 비용과 부착물로 인해 나빠지는 구멍 크기 물질들에 의존하는 등 다양한 문제가 있었다. When the nanoparticles are synthesized, a variety of impurities remain, which must be purified to remove the nanoparticles and increase the purity of the nanoparticles. Conventionally, there are techniques such as dialysis and ultra-filtration, but these techniques have had various problems, such as high cost and dependence on pore size materials that are deteriorated due to adherends.
또한, 종래에는 원심분리하여 나노입자를 침전시켜 회수한 후 이를 불순물 없는 용매에 분산하여 이용해 왔다. 이러한 침전-융해 방법(precipitation-dissolution method)은 시간적인 문제나 값비싼 윈심분리기가 필요해 산업에 적용하기가 힘들었다. In addition, conventionally, nanoparticles have been precipitated by centrifugal separation, collected and dispersed in an impurity-free solvent. This precipitation-dissolution method requires a time-consuming problem or a costly centrifugal separator, making it difficult to apply to industrial applications.
따라서, 최근에는 보다 효율적으로 나노입자를 정제할 수 있는 기술이 요구되고 있는 실정이다.Therefore, in recent years, there is a demand for a technique capable of purifying nanoparticles more efficiently.
종래와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명의 목적은 첨가제를 이용해 나노입자를 응집/침전시키는 마이크로 채널을 구현함으로써, 나노입자를 연속적으로 분리, 정제할 수 있는 나노입자 정제 장치를 제공하고자 한다.It is an object of the present invention to provide a nanoparticle refining apparatus capable of continuously separating and purifying nanoparticles by implementing a microchannel for agglomerating / precipitating nanoparticles using an additive.
또한, 본 발명의 다른 목적은 응집된 나노입자를 하부유로에 흐르는 용매로 이동시킴으로써, 원심분리기를 사용하지 않고 나노입자를 연속적으로 분리, 정제할 수 있는 장치를 제공하고자 한다.Another object of the present invention is to provide an apparatus capable of continuously separating and purifying nanoparticles without using a centrifugal separator by moving the coagulated nanoparticles to a solvent flowing in a lower flow path.
또한, 본 발명의 다른 목적은 유입부에 유입되는 액체의 유속 및 유량을 조절해 층류를 형성하여 상부유로와 하부유로의 액체가 섞이는 것을 방지함으로써, 나노입자를 효과적으로 분리, 정제할 수 있는 장치를 제공하고자 한다. Another object of the present invention is to provide a device capable of effectively separating and purifying nanoparticles by controlling the flow rate and flow rate of the liquid flowing into the inflow section to prevent the liquids in the upper flow path and the lower flow path from being mixed, .
또한, 본 발명의 다른 목적은 원심분리 없이도 충분한 침강 속도를 얻도록 첨가제의 비율을 조절해 나노입자의 응집이 이루어지도록 유도함으로써, 나노입자를 효과적으로 분리, 정제할 수 있는 장치를 제공하고자 한다. Another object of the present invention is to provide an apparatus capable of effectively separating and purifying nanoparticles by inducing aggregation of nanoparticles by adjusting the ratio of additives so as to obtain a sufficient sedimentation rate even without centrifugation.
또한, 본 발명의 다른 목적은 필터링부의 길이를 늘이되 상부유로와 하부유로 사이에 간헐적인 칸막이를 설치함으로써, 상부유로의 액체와 하부유로의 액체가 섞이지 않고 수율을 높일 수 있는 장치를 제공하고자 한다. Another object of the present invention is to provide an apparatus for increasing the length of a filtering section and providing an intermittent partition between an upper flow path and a lower flow path to increase the yield without mixing the liquid in the upper flow path and the liquid in the lower flow path do.
또한, 본 발명의 다른 목적은 복수 개의 나노입자 정제 장치를 병렬로 연결하여 대용량화함으로써, 나노입자를 효과적으로 분리, 정제할 수 있는 모듈을 제공하고자 한다. Another object of the present invention is to provide a module capable of efficiently separating and purifying nanoparticles by connecting a plurality of nanoparticle refining apparatuses in parallel to increase the capacity.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 나노입자 정제 장치는 마이크로 채널을 이용한 나노입자 정제 장치에 있어서, 상부유로의 일단으로부터 불순물과 나노입자가 섞인 제1분산액 및 첨가제가 유입되고, 하부유로의 일단으로부터 제1분산용매가 유입되는 유입부, 상기 상부유로에서 상기 제1분산액과 상기 첨가제의 반응으로 나노입자가 응집되어 침전되고, 침전된 상기 나노입자가 상기 하부유로에서 상기 제1분산용매와 혼합되는 필터링부 및, 상기 상부유로 및 하부유로의 타단에 배치되어 상기 불순물이 섞인 제2분산용매 및 상기 나노입자가 혼합된 제2분산액이 배출되는 배출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above objects, the present invention provides a nanoparticle refining apparatus using a microchannel, wherein a first dispersion liquid and an additive mixed with impurities and nanoparticles are introduced from one end of an upper flow path, Wherein the nanoparticles are agglomerated and precipitated by the reaction of the first dispersion and the additive in the upper flow path, and the precipitated nanoparticles are mixed with the first dispersion solvent in the lower flow path And a discharging part disposed at the other end of the upper flow path and the lower flow path to discharge the second dispersion liquid in which the impurities are mixed and the second dispersion liquid in which the nanoparticles are mixed.
또한, 상기 유입부는 상기 상부유로의 일단에 배치되어, 불순물과 나노입자가 섞인 상기 제1분산액이 유입되는 제1유입부, 상기 상부유로의 일단에 배치되어 상기 첨가제가 유입되는 제2유입부 및, 상기 하부유로의 일단에 배치되어 상기 제1분산용매가 유입되는 제3유입부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The inflow portion may include a first inflow portion disposed at one end of the upper flow path and through which the first dispersion liquid mixed with the impurity and the nanoparticles flows, a second inflow portion disposed at one end of the upper flow path to receive the additive, And a third inflow portion disposed at one end of the lower flow path and through which the first dispersion solvent flows.
또한, 상기 필터링부는 상기 상부유로에 배치되되, 상기 제1분산액과 상기 첨가제의 반응으로 나노입자가 응집되어 침전하는 침전부 및, 상기 하부유로에 배치되되, 침전된 상기 나노입자가 상기 제1분산용매와 혼합되는 혼합부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The filtering unit may further include a precipitating unit disposed in the upper flow path and configured to precipitate nanoparticles by the reaction between the first dispersion and the additive and to precipitate the nanoparticles, And a mixing portion to be mixed with the solvent.
또한, 상기 필터링부는 상기 침전부와 상기 혼합부 사이에 층류가 형성되는 것을 특징으로 한다.The filtering unit is characterized in that a laminar flow is formed between the precipitating unit and the mixing unit.
또한, 상기 배출부는 상기 상부유로의 타단에 배치되어 상기 불순물이 섞인 제2분산용매가 배출되는 제1배출부 및, 상기 하부유로의 타단에 배치되어 상기 나노입자가 혼합된 제2분산액이 배출되는 제2배출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The discharging portion may include a first discharging portion disposed at the other end of the upper flow path and discharging a second dispersion solvent mixed with the impurities, and a second dispersion disposed at the other end of the lower flow path and mixed with the nanoparticles, And a second discharge portion.
또한, 본 발명은 상기 제1분산액, 상기 첨가제 또는, 상기 제1분산용매의 유량이나 유속을 조절하는 조절 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Further, the present invention is characterized by further comprising adjusting means for adjusting a flow rate or a flow rate of the first dispersion, the additive, or the first dispersion solvent.
또한, 본 발명은 상기 필터링부는 상기 상부유로와 상기 하부유로 사이에 하나 이상의 칸막이가 배치되는 것을 특징으로 한다.Further, in the present invention, the filtering unit is characterized in that at least one partition is disposed between the upper flow path and the lower flow path.
그리고, 또 다른 실시예에 의해 본 발명의 나노입자 정제 모듈은 하나 이상의 상기 나노입자 정제 장치가 병렬로 배열되어 필터링 모듈을 형성하는 것을 특징으로 한다.
According to another embodiment, the nanoparticle purification module of the present invention is characterized in that at least one of the nanoparticle purification devices is arranged in parallel to form a filtering module.
그리고, 본 발명의 상기 나노 필터링 방법은 마이크로 채널을 이용한 나노입자 정제 방법에 있어서, 제1유입부로 불순물과 나노입자가 섞인 제1분산액과 제2유입부에 첨가제가 유입되는 유입 단계, 침전부에서 상기 제1분산액과 상기 첨가제의 반응으로 나노입자가 응집되어 침전하는 침전 단계, 침전된 상기 나노입자가 제3유입부에 유입된 제1분산용매와 혼합되는 혼합 단계 및, 불순물이 섞인 제2분산용매와, 상기 나노입자가 포함된 제2분산액이 각각 제1 및 제2 배출부로 배출되는 배출 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The nanofiltration method of the present invention is a method of purifying nanoparticles using a microchannel, comprising: an inflow step of introducing an additive into a first dispersion liquid in which impurities and nanoparticles are mixed with a first inflow section and a second inflow section; A precipitation step in which nanoparticles aggregate and precipitate by the reaction of the first dispersion and the additive, a mixing step in which the precipitated nanoparticles are mixed with a first dispersion solvent introduced into the third inlet, and a second dispersion A solvent, and a second dispersion liquid containing the nanoparticles are discharged to the first and second discharge units, respectively.
상술한 바와 같이, 본 발명의 나노입자 정제 장치는 첨가제를 이용해 나노입자를 응집/침전시키는 마이크로 채널을 구현으로써, 별도의 에너지의 사용 없이 나노입자를 연속적으로 분리, 정제할 수 있는 환경을 제공한다.As described above, the nanoparticle refining apparatus of the present invention implements a microchannel that coagulates / precipitates nanoparticles using an additive, thereby providing an environment capable of continuously separating and purifying nanoparticles without using any energy .
또한, 본 발명의 나노입자 정제 장치는 하부유로에 흐르는 용매에 의해 응집된 나노입자를 이동시킴으로써, 원심분리기를 사용하지 않고 나노입자를 연속적으로 분리, 정제할 수 있는 환경을 제공한다.Further, the nanoparticle refining apparatus of the present invention provides an environment capable of continuously separating and purifying nanoparticles without using a centrifuge by moving the nanoparticles agitated by the solvent flowing in the lower flow path.
또한, 본 발명의 나노입자 정제 장치는 유입부에 유입되는 액체의 유속 및 유량을 조절해 층류를 형성하여 상부유로와 하부유로의 액체가 섞이는 것을 방지함으로써, 나노입자를 효과적으로 분리, 정제할 수 있는 환경을 제공한다. In addition, the nanoparticle refining apparatus of the present invention is capable of effectively separating and purifying nanoparticles by controlling the flow rate and flow rate of the liquid flowing into the inlet portion to prevent laminating of the liquid in the upper flow path and the lower flow path by forming laminar flows Environment.
또한, 본 발명의 나노입자 정제 장치는 원심분리 없이도 충분한 침강 속도를 얻도록 첨가제의 비율을 조절해 나노입자의 응집이 이루어지도록 유도함으로써, 전기나 기타의 에너지를 사용하지 않고 나노입자를 효과적으로 분리, 정제할 수 있는 환경을 제공한다. In addition, the nanoparticle refining apparatus of the present invention can adjust the ratio of the additives so as to obtain a sufficient sedimentation rate even without centrifugation to induce aggregation of the nanoparticles, thereby effectively separating the nanoparticles without using electricity or other energy, Provides an environment that can be refined.
또한, 본 발명의 나노입자 정제 장치는 필터링부의 길이를 늘이되 상부유로와 하부유로 사이에 간헐적인 칸막이를 설치함으로써, 상부유로의 액체와 하부유로의 액체가 섞이지 않고 수율을 높일 수 있는 환경을 제공한다. The nanoparticle refining apparatus of the present invention is an apparatus for purifying nanoparticles in which the length of the filtering section is extended and an intermittent partition is provided between the upper flow path and the lower flow path to provide an environment in which the liquid in the upper flow path and the liquid in the lower flow path are not mixed, to provide.
또한, 본 발명의 나노입자 정제 장치는 복수 개의 나노입자 정제 장치를 병렬로 연결하여 대용량화함으로써, 나노입자를 효과적으로 분리, 정제할 수 있는 모듈을 제공한다. Further, the nanoparticle refining apparatus of the present invention provides a module capable of efficiently separating and purifying nanoparticles by connecting a plurality of nanoparticle refining apparatuses in parallel to increase the capacity.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 나노입자 정제 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 나노입자 정제 장치를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 따른 나노입자 정제 장치를 상측에서 바라본 평면도이며, 도 4는 도 2에 따른 나노입자 정제 장치를 측면에서 도시한 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 나노입자 정제 장치의 마이크로 채널의 유입부인 입력측을 도시한 정면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 나노입자 정제 장치를 통해 나노입자가 응집되는 것을 도시한 상측 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 나노입자 정제 장치를 통해 나노입자가 응집 후 침전되는 것을 도시한 측면 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 필터링부의 상부유로와 하부유로 사이에 복수 개의 칸막이가 설치된 것을 도시한 측면 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 복수 개의 나노입자 정제 장치가 병렬로 연결된 모듈을 도시한 구성도이다.
도 10은 본 발명의 나노입자 정제 장치의 작동 과정을 도시한 순서도이다.1 is a configuration diagram of a nanoparticle refining apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view illustrating a nanoparticle refining apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a top plan view of the nanoparticle purification apparatus of FIG. 2, and FIG. 4 is a side view of the nanoparticle purification apparatus of FIG. 2 in side view.
5 is a front view illustrating an input side of an inlet of a microchannel of a nanoparticle refining apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a top cross-sectional view illustrating agglomeration of nanoparticles through the nanoparticle refining apparatus according to the present invention. FIG.
FIG. 7 is a side cross-sectional view illustrating the precipitation of nanoparticles after coagulation through the nanoparticle refining apparatus according to the present invention. FIG.
8 is a side sectional view showing a plurality of partitions provided between an upper channel and a lower channel of the filtering unit according to the present invention.
FIG. 9 is a block diagram showing a module in which a plurality of nanoparticle refining apparatuses are connected in parallel according to an embodiment of the present invention.
10 is a flowchart showing the operation of the nanoparticle refining apparatus of the present invention.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.The embodiments of the present invention can be modified into various forms and the scope of the present invention should not be interpreted as being limited by the embodiments described below. The present embodiments are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention. Therefore, the shapes and the like of the components in the drawings are exaggerated in order to emphasize a clearer explanation.
이하 첨부된 도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 나노입자 정제 장치의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a nanoparticle refining apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1의 일실시예에 따른 본 발명의 나노입자 정제 장치는 유입부(20), 필터링부(30) 및, 배출부(40)를 포함하는 마이크로 채널과, 상기 마이크로 채널에서의 유량을 조절하기 위한 조절수단(50)을 포함한다.The apparatus for purifying nanoparticles of the present invention according to an embodiment of FIG. 1 comprises a microchannel including an
여기서, 제1분산액(이하, A로 표시)은 불순물과 나노입자가 섞여있는 분산액이며, 첨가제(이하, B로 표시)는 제1분산액과 반응해 나노입자를 응집시키기 위한 물질이다. 그리고, 제2분산용매(이하, C로 표시)은 나노입자가 제거되고 남은 제1분산액의 일부로서, 상기 불순물과 첨가제가 포함될 수 있다. 제1분산용매(이하, D로 표시)는 침전된 나노입자와 혼합시키기 위한 용매이며, 제2분산액(이하, E로 표시)은 상기 제1분산용매와 나노입자가 혼합되어 발생된 분산액이 된다.Herein, the first dispersion (hereinafter referred to as A) is a dispersion in which impurities and nanoparticles are mixed, and an additive (hereinafter referred to as B) is a material for reacting with the first dispersion to coagulate the nanoparticles. The second dispersion solvent (hereinafter referred to as C) may include the impurities and additives as a part of the first dispersion liquid after the nanoparticles are removed. The first dispersion solvent (hereinafter referred to as D) is a solvent for mixing with the precipitated nanoparticles, and the second dispersion (hereinafter referred to as E) is a dispersion in which the first dispersion solvent and nanoparticles are mixed .
유입부(20)는 상부유로의 일단으로부터 불순물과 나노입자가 섞인 제1분산액(A) 및 첨가제(B)가 유입되고, 하부유로의 일단으로부터 치환할 제1분산용매(D)가 유입되는 수단이다. 그리고, 유입부(20)는 제1유입부(22), 제2유입부(24) 및, 제3유입부(26)를 포함할 수 있다.The
제1유입부(22)는 상부유로의 일단에 배치되어, 상기 불순물과 나노입자가 섞인 제1분산액(A)이 유입되는 유로이며, 제2유입부(24)는 상기 상부유로의 일단에 배치되어 상기 첨가제(B)가 유입되는 유로이다. 그리고, 제3유입부(26)는 하부유로의 일단에 배치되어 치환할 제1분산용매(D)가 유입되는 유로이다.The
필터링부(30)는 불순물 및 나노입자가 섞인 상기 제1분산액(A)과 상기 첨가제(B)의 반응하여 나노입자가 응집되어 침전하고, 침전된 상기 나노입자가 상기 제1분산용매(D)와 혼합되는 수단이다.The
여기서, 필터링부(30)는 유입부(20)와 배출부(40) 사이에 형성되며, 본 발명의 일실시예에 따라 침전부(32) 및 혼합부(34)를 포함한다. The
침전부(32)는 상부유로에 배치되며, 제1분산액(A)과 첨가제(B)의 반응하여 응집된 나노입자가 침전된다. 혼합부(34)는 하부유로에 배치되며, 침전된 상기 나노입자가 상기 제1분산용매(D)와 혼합되는 수단이다. 그리고, 필터링부(30)의 침전부(32)와 혼합부(34)는 개방되어 있다.The precipitating
필터링부(30)의 침전부(32)와 혼합부(34) 사이는 층류(laminar flow)가 형성되어, 응집된 나노입자만 상부유로에서 하부유로로 침전되며, 상부유로와 하부유로의 용액이나 용매가 서로 혼합되지 않게 된다.Laminar flow is formed between the
배출부(40)는 상기 상부유로 및 하부유로의 타단에 배치되어 상기 불순물이 섞인 제2분산용매(C) 및 상기 나노입자가 혼합된 제2분산액(E)이 배출되는 유로이다. 여기서, 배출부(40)는 제1배출부(42)와 제2배출부(44)를 포함할 수 있다.The
제1배출부(42)는 상기 상부유로 타단에 배치되며, 상기 불순물이 섞인 제2분산용매(C)가 배출되는 유로이다. 따라서, 제1배출부(42)에는 제1분산액(A)에서 나노입자가 제거된 제2분산용매(C)나 첨가제(B)가 배출되게 된다.The
제2배출부(44)는 상기 하부유로의 타단에 배치되어 상기 나노입자가 혼합된 제2분산액(E)이 배출되는 유로이다. 따라서, 제2배출부(44)에는 제1분산용매(D)와 침전된 상기 나노입자가 혼합되어 배출된다.The second discharging portion 44 is a flow path which is disposed at the other end of the lower flow path and through which the second dispersion liquid (E) mixed with the nanoparticles is discharged. Therefore, the first dispersion solvent (D) and the precipitated nanoparticles are mixed and discharged to the second discharge portion (44).
그리고, 본 발명의 일실시예에 따라 본 발명의 나노입자 정제 장치는 조절수단(50)을 더 포함한다. According to an embodiment of the present invention, the nanoparticle refining apparatus of the present invention further includes adjustment means (50).
조절수단(50)은 마이크로 채널에 흐르는 용액 및 용매의 유량이나 유속을 조절하는 수단이다. 여기서, 조절수단(50)은 상기 제1분산액(A)의 유속을 조절하는 제1조절수단(52), 상기 첨가제(B)의 유속을 조절하는 제2조절수단(54) 및, 상기 제1분산용매(D)의 유속을 조절하는 제3조절수단(56)을 포함할 수 있다. 그리고, 제1 내지 제3조절수단(52,54,56)은 실시예의 변경에 따라 제외하여 다양한 변형이 가능하다. The adjusting means 50 is a means for adjusting the flow rate or the flow rate of the solution and the solvent flowing through the microchannel. Wherein the adjusting means 50 comprises a first adjusting means 52 for adjusting the flow rate of the first dispersion A, a second adjusting means 54 for adjusting the flow rate of the additive B, And third adjusting means 56 for adjusting the flow rate of the dispersion solvent D. [ The first to third adjusting means 52, 54, and 56 may be modified in various manners without departing from the scope of the embodiment.
조절수단(50)은 유입부(20)에 유입되는 액체들의 유속 및 유량을 조절할 수 있다. 조절수단(50)은 유입부(20)에 유입되는 액체의 종류에 따라 유속 및 유량을 조절하게 된다. 따라서, 조절수단(50)은 필터링부(30)가 형성된 상부유로와 하부유로의 액체가 섞이는 것을 방지하며, 필터링부(30)의 침전부(32)와 혼합부(34) 사이에 층류를 형성할 수 있게 된다.The regulating means 50 can regulate the flow rate and flow rate of the liquids entering the
또한, 본 발명은 제2조절수단(54)을 통해 제2유입부(24)에 유입되는 첨가제(B)의 비율을 조절해 나노입자의 응집 정도와 나노입자의 침강 속도를 제어할 수 있으므로, 원심분리 없이도 충분한 침강 속도를 얻을 수 있게 된다. In addition, the present invention can control the degree of agglomeration of nanoparticles and the settling rate of nanoparticles by controlling the proportion of the additive (B) introduced into the second inflow part (24) through the second adjusting means (54) A sufficient sedimentation rate can be obtained even without centrifugal separation.
따라서, 본 발명의 나노입자 정제 장치는 첨가제를 이용해 나노입자를 응집/침전시키는 마이크로 채널을 구현하고, 하부유로에 흐르는 용매에 의해 응집된 나노입자를 이동시킴으로써, 별도의 에너지이나 원심분리기를 사용하지 않고도 나노입자를 연속적으로 분리, 정제할 수 있게 된다.
Accordingly, the nanoparticle refining apparatus of the present invention implements a microchannel that flocculates / precipitates nanoparticles using an additive, moves the agglomerated nanoparticles by a solvent flowing in a lower flow path, and does not use a separate energy or centrifuge It is possible to continuously separate and purify nanoparticles.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 나노입자 정제 장치를 도시한 사시도이다. 그리고, 도 3은 도 2에 따른 나노입자 정제 장치를 상측에서 바라본 평면도이며, 도 4는 도 2에 따른 나노입자 정제 장치를 측면에서 도시한 측면도이다.2 is a perspective view illustrating a nanoparticle refining apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a top plan view of the nanoparticle refining apparatus of FIG. 2, and FIG. 4 is a side view of the nanoparticle refining apparatus of FIG. 2.
도 2의 일실시예에 따른 본 발명의 나노입자 정제 장치는 상부유로와 하부유로를 가진 마이크로 채널을 형성한다. The nanoparticle refining apparatus according to the embodiment of FIG. 2 forms a microchannel having an upper flow path and a lower flow path.
상부유로의 일단에는 제1유입부(22), 제2유입부(24)가 배치되고, 상부유로의 타단에는 제1배출부(42)가 배치된다. 여기서, 제1유입부(22)에는 불순물과 나노입자가 섞인 제1분산액(A)가 유입되며, 제2유입부(24)에는 첨가제(B)가 유입된다. A
그리고, 제1배출부(42)에는 불순물이 섞여있되 나노입자가 제거된 제2분산용매(C)가 배출되게 된다.The second dispersion solvent (C) in which the impurities are mixed and the nanoparticles are removed is discharged to the first discharge portion (42).
그리고, 하부유로의 일단에는 제3유입부(26)와, 하부유로의 타단에 제2배출부(44)가 배치된다. 제3유입부(26)에는 침전된 나노입자를 치환할 제1분산용매(D)가 유입되고, 제2배출부(44)에는 제1분산용매(D)와 나노입자가 혼합된 제2분산액(E)이 배출되게 된다.
A
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 나노입자 정제 장치의 마이크로 채널의 유입부인 입력측을 도시한 정면도이다.5 is a front view illustrating an input side of an inlet of a microchannel of a nanoparticle refining apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5(a)는 도 2에 따른 마이크로 채널을 도시한 것으로, 제1유입부(22)와 제2유입부(24)가 이격되도록 배치될 수 있다. 또한, 본 발명은 도 5(b)와 같이 제1유입부(22)와 제2유입부(24)를 제3유입부(26)의 상단에 배치할 수 있으며, 이와 같이 다양한 변형 및 변경이 가능할 것이다.
FIG. 5 (a) shows the microchannel according to FIG. 2, in which the
도 6은 본 발명에 따른 나노입자 정제 장치를 통해 나노입자가 응집되는 것을 도시한 상측 단면도이다.FIG. 6 is a top cross-sectional view illustrating agglomeration of nanoparticles through the nanoparticle refining apparatus according to the present invention. FIG.
도 6을 참조하면, 마이크로 채널의 상부유로에 배치된 제1유입부(22)에는 제1분산액이 유입되며, 제2유입부(24)에는 첨가제가 유입된다. 그리고, 필터링부(30)에서는 제1분산액과 첨가제가 반응하여 나노입자가 응집되게 된다.Referring to FIG. 6, the first dispersion liquid flows into the
도 7은 본 발명에 따른 나노입자 정제 장치를 통해 나노입자가 응집 후 침전되는 것을 도시한 측면 단면도이다.FIG. 7 is a side cross-sectional view illustrating the precipitation of nanoparticles after coagulation through the nanoparticle refining apparatus according to the present invention. FIG.
도 7을 참조하면, 상부유로에 배치된 제1유입부(22)와 제2유입부(24)에 각각 제1분산액(A)과 첨가제(B)가 유입되며, 상부유로에 배치된 제1배출부(42)로 제2분산용매(C)가 배출된다.7, the first dispersion A and the additive B are introduced into the
그리고, 상기 필터링부(30)에서는 상부유로의 침전부(32)에서 제1분산액(A)과 첨가제(B)가 반응하여 나노입자가 응집되며, 응집된 나노입자가 하부유로의 혼합부(34)로 침강함을 보여준다. In the
또한, 필터링부(30)의 침전부(32)와 혼합부(34) 사이에는 층류가 형성되어(F), 상부유로와 하부유로의 용액이 서로 간에 섞이지 않게 된다. Further, a laminar flow is formed between the settling
하부유로에 배치된 제3유입부(26)로 제1분산용매(D)가 유입되고, 혼합부(34)에서 제1분산용매(D)와 침강된 나노입자가 혼합되어, 제2배출부(44)로 나노입자가 혼합된 제2분산액(E)이 배출됨을 보여준다.
The first dispersion solvent D flows into the
도 8은 본 발명에 따른 필터링부의 상부유로와 하부유로 사이에 복수 개의 칸막이가 설치된 것을 도시한 측면 단면도이다.8 is a side sectional view showing a plurality of partitions provided between an upper channel and a lower channel of the filtering unit according to the present invention.
도 8을 참조하면, 필터링부(30)에는 상부유로의 침전부(32)가 배치된 상부유로와 혼합부(36)가 배치된 하부유로 사이에 복수 개의 칸막이(38)가 배치된다. 8, a plurality of
여기서, 칸막이(38)는 양측면이 상부유로 및 하부유로와 연결된다. 그리고, 칸막이(38)의 형태는 상부유로의 액체와 하부유로의 액체가 섞이는 것을 최소화함과 동시에 나노입자가 하부유로로 효과적으로 침전되도록 설계할 수 있으며, 다양한 형태로 변형 또는 변경이 가능하다. Here, both side surfaces of the
이는 수율을 높이기 위해서 필터링부(30)의 길이를 늘리는 경우에 상부유로의 액체와 하부유로의 액체가 혼합되는 문제를 방지하기 위함이다. This is to prevent the problem that the liquid in the upper flow path and the liquid in the lower flow path are mixed when the length of the
따라서, 본 발명의 나노입자 정제 장치는 필터링부의 길이를 늘어나더라도 상부유로와 하부유로 사이에 간헐적인 칸막이를 설치함으로써, 상부유로의 액체와 하부유로의 액체가 섞이지 않고 수율을 높일 수 있게 된다.
Therefore, even when the length of the filtering section is increased, the nanoparticle refining apparatus of the present invention can increase the yield without mixing the liquid in the upper flow path and the liquid in the lower flow path by providing an intermittent partition between the upper flow path and the lower flow path.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 복수 개의 나노입자 정제 장치가 병렬로 연결된 모듈을 도시한 구성도이다.FIG. 9 is a block diagram showing a module in which a plurality of nanoparticle refining apparatuses are connected in parallel according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 복수 개의 나노입자 정제 장치가 병렬로 연결되어, 동시에 많은 양의 용액으로부터 나노입자를 분리해낼 수 있게 된다. Referring to FIG. 9, a plurality of nanoparticle refining apparatuses are connected in parallel so that nanoparticles can be separated from a large amount of solution at the same time.
상부유로에서는 제1유입부(22)로 나노입자가 섞인 제1분산액(A)이 유입되고, 제2유입부(24)로 첨가제(B)가 유입되어 제1분산액(A)과 첨가제(B)가 반응하여 나노입자가 하부유로로 침전된다.The first dispersion A mixed with the nanoparticles flows into the
그리고, 하부유로에서는 제3유입부(26)로 제1분산용매(D)가 유입되어 침전된 상기 나노입자와 혼합된다. In the lower flow path, the first dispersion solvent (D) flows into the third inlet (26) and is mixed with the precipitated nanoparticles.
이때에, 나노입자가 제거된 분산용매와 첨가제는 상부유로의 제1배출부(42)로 배출되며, 나노입자가 혼합된 제2분산액(E)이 하부유로의 제2배출부(46)로 배출된다.At this time, the dispersion solvent and the additive from which the nanoparticles are removed are discharged to the
이때에, 나노입자의 이동방향은 상부유로의 제1유입부(22)로 유입되고 필터링부(30)를 거쳐 하부유로의 제2배출구(46)로 배출되며, 도 9는 이러한 분리과정이 복수 개의 나노입자 정제 장치에서 동시에 수행됨을 보여준다.At this time, the moving direction of the nanoparticles flows into the
따라서, 본 발명의 일실시예에 따라 복수 개의 나노입자 정제 장치가 병렬로 연결되는 필터링 모듈을 통해 한번에 많은 양의 나노입자를 분리해 낼 수 있는 효과가 있음을 알 수 있다.
Accordingly, it can be seen that a large number of nanoparticles can be separated at a time through a filtering module in which a plurality of nanoparticle refiners are connected in parallel according to an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 나노입자 정제 장치의 작동 과정을 도시한 순서도이다.10 is a flowchart showing the operation of the nanoparticle refining apparatus of the present invention.
도 10을 참조하면, 제1유입부(22)로 불순물과 나노입자가 섞인 제1분산액(A)이 유입되고, 제2유입부(24)로 첨가제(B)가 유입된다(S10,S12).10, a first dispersion A mixed with impurities and nanoparticles flows into the
그리고, 제1분산액(A)과 첨가제(B)가 반응하여 나노입자가 침전되며, 이때에 침전된 나노입자는 제3유입부(26)로 유입된 제1분산용매(D)와 혼합된다(S14,S16,S18).The first dispersion A and the additive B react with each other to precipitate the nanoparticles and the precipitated nanoparticles are mixed with the first dispersion solvent D introduced into the
불순물이 섞여 있되 나노입자가 제거된 제2분산용매(C)가 제1배출부(42)로 배출되고, 나노입자가 혼합된 제2분산액(E)이 제2배출부(44)로 배출되어, 나노입자를 불순물이 섞인 제1분산액(A)으로부터 연속적으로 배출할 수 있게 된다(S20). The second dispersion liquid C in which the impurities are mixed and the nano particles are removed is discharged to the
따라서, 본 발명의 나노입자 정제 장치는 첨가제를 이용해 나노입자를 응집/침전시키는 마이크로 채널을 구현으로써, 별도의 에너지나 원심분리기를 사용하지 않고 나노입자를 연속적으로 분리, 정제할 수 있게 된다.
Therefore, the nanoparticle refining apparatus of the present invention realizes microchannels that aggregate / precipitate nanoparticles by using an additive, so that it is possible to continuously separate and purify nanoparticles without using any separate energy or centrifuge.
이상에서, 본 발명에 따른 나노입자 정제 장치의 구성 및 작용을 상세한 설명과 도면에 따라 도시하였지만, 이는 실시예를 들어 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention. This is possible.
20: 유입부 30: 필터링부
32: 침전부 34: 혼합부
40: 배출부 50: 조절수단 20: inlet portion 30: filtering portion
32: settling portion 34: mixing portion
40: discharging part 50: regulating means
Claims (9)
상부유로의 일단으로부터 불순물과 나노입자가 섞인 제1분산액 및 첨가제가 유입되고, 하부유로의 일단으로부터 제1분산용매가 유입되는 유입부;
상기 상부유로에서 상기 제1분산액과 상기 첨가제의 반응으로 나노입자가 응집되어 침전되고, 침전된 상기 나노입자가 상기 하부유로에서 상기 제1분산용매와 혼합되는 필터링부; 및
상기 상부유로 및 하부유로의 타단에 배치되어 상기 불순물이 섞인 제2분산용매 및 상기 나노입자가 혼합된 제2분산액이 배출되는 배출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노입자 정제 장치.In a nanoparticle refining apparatus using a microchannel,
An inflow portion into which a first dispersion liquid and an additive mixed with impurities and nanoparticles flow from one end of the upper flow path and into which the first dispersion solvent flows from one end of the lower flow path;
A filtering unit in which nanoparticles aggregate and precipitate by the reaction of the first dispersion and the additive in the upper flow path, and the precipitated nanoparticles are mixed with the first dispersion solvent in the lower flow path; And
And a discharging portion disposed at the other end of the upper flow path and the lower flow path to discharge the second dispersion liquid in which the impurities are mixed and the second dispersion in which the nanoparticles are mixed.
상기 유입부는
상기 상부유로의 일단에 배치되어, 불순물과 나노입자가 섞인 상기 제1분산액이 유입되는 제1유입부;
상기 상부유로의 일단에 배치되어 상기 첨가제가 유입되는 제2유입부; 및
상기 하부유로의 일단에 배치되어 상기 제1분산용매가 유입되는 제3유입부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노입자 정제 장치.The method according to claim 1,
The inlet
A first inflow portion disposed at one end of the upper flow path and through which the first dispersion liquid in which impurities and nanoparticles are mixed flows;
A second inflow portion disposed at one end of the upper flow path and through which the additive flows; And
And a third inflow portion disposed at one end of the lower flow path and through which the first dispersion solvent flows.
상기 필터링부는
상기 상부유로에 배치되되, 상기 제1분산액과 상기 첨가제의 반응으로 나노입자가 응집되어 침전하는 침전부; 및
상기 하부유로에 배치되되, 침전된 상기 나노입자가 상기 제1분산용매와 혼합되는 혼합부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노입자 정제 장치.3. The method of claim 2,
The filtering unit
A sedimentation part disposed in the upper flow path, wherein the sediment part is formed by agglomeration of nanoparticles by the reaction of the first dispersion and the additive; And
And a mixing part disposed in the lower flow path, wherein the precipitated nanoparticles are mixed with the first dispersion solvent.
상기 필터링부는 상기 침전부와 상기 혼합부 사이에 층류가 형성되는 것을 특징으로 하는 나노입자 정제 장치.The method of claim 3,
Wherein the filtering unit forms a laminar flow between the precipitating unit and the mixing unit.
상기 배출부는
상기 상부유로의 타단에 배치되어 상기 불순물이 섞인 제2분산용매가 배출되는 제1배출부; 및
상기 하부유로의 타단에 배치되어 상기 나노입자가 혼합된 제2분산액이 배출되는 제2배출부;을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노입자 정제 장치.5. The method of claim 4,
The outlet
A first discharging portion disposed at the other end of the upper flow path and discharging a second dispersion solvent mixed with the impurities; And
And a second discharging portion disposed at the other end of the lower flow path and discharging a second dispersion containing the nanoparticles mixed therein.
상기 제1분산액, 상기 첨가제 또는, 상기 제1분산용매의 유량이나 유속을 조절하는 조절 수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노입자 정제 장치.The method according to claim 1,
And adjusting means for adjusting a flow rate or a flow rate of the first dispersion, the additive, or the first dispersion solvent.
상기 필터링부는 상기 상부유로와 상기 하부유로 사이에 하나 이상의 칸막이가 배치되는 것을 특징으로 하는 나노입자 정제 장치.The method according to claim 1,
Wherein at least one partition is disposed between the upper flow path and the lower flow path in the filtering section.
제1유입부로 불순물과 나노입자가 섞인 제1분산액과 제2유입부에 첨가제가 유입되는 유입 단계;
침전부에서 상기 제1분산액과 상기 첨가제의 반응으로 나노입자가 응집되어 침전하는 침전 단계;
침전된 상기 나노입자가 제3유입부에 유입된 제1분산용매와 혼합되는 혼합 단계; 및
불순물이 섞인 제2분산용매와, 상기 나노입자가 포함된 제2분산액이 각각 제1 및 제2 배출부로 배출되는 배출 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노입자 정제 방법.In a method for purifying nanoparticles using microchannels,
An inflow step of introducing an additive into the first dispersion liquid and the second inflow part mixed with impurities and nanoparticles into the first inflow part;
A precipitation step in which nanoparticles aggregate and precipitate by the reaction of the first dispersion and the additive in the precipitating part;
Mixing the precipitated nanoparticles with a first dispersion solvent introduced into the third inlet; And
And a discharging step of discharging the second dispersion liquid containing the impurities and the second dispersion liquid containing the nanoparticles to the first and second discharging units, respectively.
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